45/47体制が廃止されたものの、引き続き採算の合わないローカル線を中心に運航する状態が続いていたことや、バブル景気前後に無理な国際線進出を行ったこと、JASとして初めて運輸省から代表取締役社長に就任した元運輸省海上保安庁長官の眞島健が短期間で辞任したこと、同様に元運輸省の松尾道彦がバブル景気破綻などの影響により社長に就任できなかったこと、高コスト体質や労使問題の改革が進まなかったことなどから経営的には苦しい状態が続いた。親会社の東京急行電鉄も経営状態が苦しい状況下で本業以外の整理を行うこともあり、2001年に、国際線ネットワークに強みを持つものの国内線のネットワークが弱いために国内路線の拡張を望んでいた日本航空との経営統合に両社が合意した。

日本航空との経営統合は、以下の形で進められた。

• 2002年10月1日 - 日本航空株式会社（現在の株式会社日本航空インターナショナル）と日本エアシステムが株式移転し、持株会社を設立（株式会社日本航空システム：JALS）。旅客数において世界第6位、営業収入において世界第3位の航空連合となった。
• 2003年4月1日 - 日本航空と日本エアシステムの両社が運航していた国内路線を、どちらか一方のみの運航に統一した。
• 2004年4月～6月 - 日本航空便と日本エアシステム便を、日本航空便に統合。および、これを反映した商号変更（日本航空株式会社→株式会社日本航空インターナショナル、株式会社日本エアシステム→株式会社日本航空ジャパン、株式会社日本航空システム→株式会社日本航空）。国際線と国内線の整理のもと、日本エアシステムの便名コード「JD」ならびに日本エアシステム（JAS）のブランドが終了した。貨物事業は国際・国内とも株式会社日本航空インターナショナルに全面移管された。
• 2006年10月1日 - 株式会社日本航空インターナショナル（旧：日本航空株式会社）による株式会社日本航空ジャパン（旧：株式会社日本エアシステム）の吸収合併。

この経営統合が、実際には経営状況が良好で規模も大きい日本航空優位に進む中で、経営統合当初に掲げられた「対等の立場での経営統合」が、当時日本エアシステム社員の顔を立てるためのお題目にすぎなかったと当事者間により評されているのも事実である。また、この経営統合が進められる中で、社内では両社の出身者同士の不協和音が現場から役員に至るまで起き始めた。